第３７卷第８期 硅 酸 盐 通 报 Ｖｏｌ．３７ Ｎｏ．８ ２０１８年８月 ＢＵＬＬＥＴＩＮＯＦＴＨＥＣＨＩＮＥＳＥＣＥＲＡＭＩＣＳＯＣＩＥＴＹ Ａｕｇｕｓｔ，２０１８
基于脆性开裂模型的钢筋混凝土锈裂过程
细观数值模拟
吴 萍１，杜 坤１，２，徐亦冬１，陈 伟１，胡 雷１，２
（１．浙江大学宁波理工学院，宁波 ３１５１００；２．重庆交通大学土木工程学院，重庆 ４０００７４）
摘要：基于混凝土脆性开裂模型，对钢筋混凝土锈胀开裂的演化过程进行了细观数值模拟。模拟结果显示，脆性开裂模型可以使模拟结果生成裂纹分布图形，从而直观的表征锈胀裂缝的产生、扩展情况。裂缝起裂位置垂直于最大位移加载方向，在最接近界面层的位置首先产生裂缝，并通过脆弱的界面层绕过骨料，向保护层边缘扩展，最终贯通保护层。模拟结果与实测锈胀裂缝分布较为一致，表明基于脆性开裂模型的细观模拟计算可靠。
关键词：脆性开裂模型；锈胀开裂；裂纹演化；裂纹分布；细观数值模拟
中图分类号：ＴＵ５２８ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００１-１６２５（２０１８）０８-２３７２-０６
Ｍｅｓｏ-ｓｃａｌｅＮｕｍｅｒｉｃａｌＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆＣｏｒｒｏｓｉｏｎＣｒａｃｋｉｎｇＰｒｏｃｅｓｓｏｆＲｅｉｎｆｏｒｃｅｄＣｏｎｃｒｅｔｅＢａｓｅｄｏｎＢｒｉｔｔｌｅＣｒａｃｋｉｎｇＭｏｄｅｌ
ＷＵＰｉｎｇ１，ＤＵＫｕｎ１，２，ＸＵＹｉ-ｄｏｎｇ１，ＣＨＥＮＷｅｉ１，ＨＵＬｅｉ１，２
（１．ＮｉｎｇｂｏＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＺｈｅｊｉａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎｉｎｇｂｏ３１５１００，Ｃｈｉｎａ；
２．ＳｃｈｏｏｌｏｆＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＣｈｏｎｇｑｉｎｇＪｉａｏｔｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ４０００７４，Ｃｈｉｎａ）
基金项目：国家自然科学基金（５１７７８５７７）；浙江省自然科学基金（ＬＹ１５Ｅ０８００２５）
作者简介：吴 萍（１９８０-），女，硕士．主要从事土木工程建造技术领域的研究.
通讯作者：徐亦冬，博士，副教授，硕导．Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｂｒｉｔｔｌｅｆｒａｃｔｕｒｅｍｏｄｅｌｏｆｃｏｎｃｒｅｔｅ，ｔｈｅｅｖｏｌｕｔｉｏｎｏｆｃｏｒｒｏｓｉｏｎ-ｉｎｄｕｃｅｄｃｒａｃｋｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｏｆｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｃｏｎｃｒｅｔｅｉｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄｂｙｔｈｅｍｅｓｏ-ｓｃａｌｅｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ．Ａｓｉｓｓｈｏｗｎｂｙｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔ，ｔｈｅｂｒｉｔｔｌｅｆｒａｃｔｕｒｅｍｏｄｅｌｃａｎｇｅｎｅｒａｔｅｔｈｅｃｒａｃｋｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｐａｔｔｅｒｎ，ｗｈｉｃｈｃａｎｖｉｓｕａｌｌｙｄｅｓｃｒｉｂｅｔｈｅｆｏｒｍａｔｉｏｎａｎｄｅｘｐａｎｓｉｏｎｏｆｃｏｒｒｏｓｉｏｎ-ｉｎｄｕｃｅｄｃｒａｃｋｉｎｇ．Ｔｈｅｃｒａｃｋｉｎｉｔｉａｔｉｏｎｐｏｓｉｔｉｏｎｉｓｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒｔｏｔｈｅｌｏａｄｉｎｇｄｉｒｅｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ．Ａｔｔｈｅｌｏｃａｔｉｏｎｃｌｏｓｅｓｔｔｏｔｈｅｉｎｔｅｒｆａｃｉａｌｌａｙｅｒ，ｃｒａｃｋｓａｒｅｇｅｎｅｒａｔｅｄｉｎｉｔｉａｌｌｙ，ａｎｄｔｈｅｎｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｆｒａｇｉｌｅｉｎｔｅｒｆａｃｅｌａｙｅｒｔｏｂｙｐａｓｓｔｈｅａｇｇｒｅｇａｔｅ，ｅｘｔｅｎｄｉｎｇｔｏｔｈｅｅｄｇｅｏｆｔｈｅｃｏｎｃｒｅｔｅｃｏｖｅｒ，ａｎｄｆｉｎａｌｌｙｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｃｏｎｃｒｅｔｅｃｏｖｅｒ．Ｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｅｄｒｅｓｕｌｔｓａｒｅｉｎｇｏｏｄａｇｒｅｅｍｅｎｔｗｉｔｈｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｄｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓｏｆｃｏｒｒｏｓｉｏｎ-ｉｎｄｕｃｅｄｃｒａｃｋｓ，ｗｈｉｃｈｓｈｏｗｓｔｈａｔｔｈｅｍｅｓｏｓｃｏｐｉｃｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｂｒｉｔｔｌｅｆｒａｃｔｕｒｅｍｏｄｅｌｉｓｒｅｌｉａｂｌｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｂｒｉｔｔｌｅｆｒａｃｔｕｒｅｍｏｄｅｌ；ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ-ｉｎｄｕｃｅｄｃｒａｃｋｉｎｇ；ｃｒａｃｋｉｎｇｅｖｏｌｕｔｉｏｎ；ｃｒａｃｋｉｎｇｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ；ｍｅｓｏ-ｓｃａｌｅｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ
１ 引 言
混凝土结构的耐久性是国内外学术界与工程界关注的重大科技问题，而钢筋锈蚀则是引起沿海混凝土结构耐久性能退化的最主要因素。要准确掌握钢筋锈蚀后引起的混凝土结构性能变化规律，就必须正确认识钢筋混凝土保护层的锈裂规律。
关于混凝土保护层锈胀开裂的试验、理论模型及数值模拟研究相对较多，Ｃｈｅｒｎｉｎ
［１］与赵羽习等
［２］总结了相关研究的成果。在试验研究方面，Ｚｈａｎｇ等［３］基于均匀锈蚀的假设，通过对２根在氯盐环境中放置１４和２３年的梁进行观测研究，建立了钢筋平均截面损失面积与裂缝宽度之间的关系。Ｋｈａｎ等［４］研究了一批
２６年龄期混凝土内钢筋腐蚀的演变过程，并将试验数据与Ｒｏｄｒｉｇｕｅｚ模型
［５］、Ｖｉｄａｌ模型［６］及Ｚｈａｎｇ模型［３］万方数据